Просмотр статьи


Номер журнала: 2021.3

Заголовок статьи: Адаптация фильтра нелокального усреднения для усиления звуков тонов сердца на фонокардиограммах плода и человека

Резюме

Представлено конструирование и обоснование работы фильтра pNLF, основанного на модификации фильтра нелокального усреднения, для решения задачи усиления звуков тонов сердца на фонокардиограммах плода и человека для последующей сегментации тонов и вычисления частоты сердечных сокращений, актуальных для фетального мониторинга. Приведены особенности подбора параметров фильтра и перспективы его оптимизации для конкретных задач. Предоставлены данные и результаты оценки фильтрации методом pNLF на фонокардиограммах плода и взрослого человека, зарегистрированных с использованием разных акустических датчиков.

Авторы

Я. В. Костелей, Д. С. Жданов, И. Г. Боровской

Библиография

1. Sbrollini A., Strazza A., Caragiuli M., Mozzoni C., Tomassini S., Agostinelli A., Burattini L. Fetal Phonocardiogram Denoising by Wavelet Transformation: Robustness to Noise // Computing in Cardiology Conference. 2017. V. 44. DOI: 10.22489/cinc.2017.331-075.
2. Koutsiana E., Hadjileontiadis L. J., Chouvarda I., Khandoker A. H. Fetal Heart Sounds Detection Using Wavelet Transform and Fractal Dimension // Frontiers in Bioengineering and Bio-technology. 2017. V. 5, № 49. DOI: 10.3389/fbioe.2017.00049.
3. Chourasia V. S., Mittra A. K. Wavelet-based denoising of fetal phonocardiographic signals // International Journal of Medical Engineering and Informatics. 2010. V. 2, № 2. P. 139–150. DOI:10.1504/ijmei.2010.031516.
4. Samieinasab M., Sameni R. Fetal phonocardiogram extraction using single channel blind source separation // 2015 23rd Iranian Conference on Electrical Engineering. 2015. P. 78–83. DOI: 10.1109/iraniancee.2015.7146186.
5. Taralunga D. D., Ungureanu M., Hurezeanu B., Strungaru R. Fetal Heart Rate Estimation from Phonocardiograms Using an EMD Based Method // Recent Advances in Computer Science Proceedings of the 19th International Conference on Computers (part of CSCC'15). 2015. P. 414–417.
6. Warbhe A. D., Dharaskar R. V., Kalambhe B. Extraction of Fetal Heart Sound Signals using Independent Component Analysis // Computational Intelligence Applications. 2010. P. 66–68.
7. Chetlur A., Sankar R., Moreno W.A., Hart, S. Trends in fetal monitoring through phonocardiography: Challenges and future directions // Biomedical Signal Processing and Control. 2017. V. 33. P. 289–305. DOI: 10.1016/j.bspc.2016.11.007.
8. Ismail S., Siddiqi I., Akram U. Localization and classification of heart beats in phonocardiography signals – a comprehensive review // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2018. № 26. DOI: 10.1186/s13634-018-0545-9.
9. Buades A., Coll B., Morel J. M. A review of image denoising algorithms, with a new one // Multiscale Modeling and Simulation: A SIAM Interdisciplinary Journal, Society for Industrial and Applied Mathematics. 2005. V. 4, № 2, P. 490–530.
10. Аед А.М., Исаков Р. В., Сушкова Л. Т., Аль-Хайдри В. А. Алгоритм построения кардиоинтервалограммы на основе фонокардиограммы // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2016. № 2. С. 34–43.
11. Большев А. С., Сидоров Д. Г., Овчинников С. А. Частота сердечных сокращений. Физиолого-педагогические аспекты. Н. Новгород: ННГАСУ, 2017. 76 с.
12. Altunkaya S., Kara S., Gormus N., Herdem S. Time Domain Features of Heart Sounds for Determining Mechanical Valve Thrombosis // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2011. P. 173–181. DOI: 10.1007/978-94-007-1192-1_15.
13. Zhdanov D. S., Bureev A. S., Kostelei Y. V., Khokhlova L. A., Dikman E. Y. A Mobile Device for Assessing Fetal Status Based on Monitoring Cardiovascular System Parameters. Biomedical Engineering. 2018. V. 52, № 2. P. 87–91. DOI: 10.1007/s10527-018-9789-9.
14. Tracey B. H., Miller E. L. Nonlocal Means Denoising of ECG Signals // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2012. V. 59, № 9. P. 2383–2386. DOI: 10.1109/tbme.2012.2208964.
15. Lee Y., Hwang D. Periodicity-based nonlocal-means denoising method for electrocardiography in low SNR non-white noisy conditions // Biomedical Signal Processing and Control. 2018. V. 39. P. 284–293. DOI: 10.1016/j.bspc.2017.08.006.
16. Tian X., Li Y., Zhou H., Li X., Chen L., Zhang X. Electrocardiogram Signal Denoising Using Extreme-Point Symmetric Mode Decomposition and Nonlocal Means // Sensors. 2016. V. 16, № 10. DOI: 10.3390/s16101584.
17. Singh P., Shahnawazuddin S., Pradhan G. An Efficient ECG Denoising Technique Based on Non-local Means Estimation and Modified Empirical Mode Decomposition // Circuits, Systems, and Signal Proc. 2018. V. 37. P. 4527–4547. DOI: 10.1007/s00034-018-0777-9.
18. Рудницкий А. Г. Использование метода нелокального усреднения для разделения звуков сердца и звуков дыхания // Акустический журн. 2014. Т. 60, № 6. С. 688–695.
19. Bentley P., Nordehn Gl., Coimbra M., Mannor S., Getz R. Datasets for Classifying Heart Sounds Challenge [Электронный ресурс] // Classifying Heart Sounds Challenge: [Электронный ресурс]. [2012]. URL: http://www.peterjbentley.com/heartchallenge
/#dates (дата обращения 07.06.2020 г.).
20. Kosteley Y., Bureev A.; Zhdanov D., Yuriev S. Fetal and human PCG Data with the first and second heart tone segmentation for pNLF algorithm testing [Электронный ресурс] // Mendeley Data: [сайт]. [2020]. URL: doi.org/10.17632/wk6rkmdgrf.1 (дата обращения 07.06.2020 г.).
21. Cesarelli M, Ruffo M, Romano M, Bifulco P. Fetal PCG Database [Электронный ресурс] // PhysioNet: [сайт]. [2020]. URL: doi.org/10.13026/C2PD5B (дата обращения 07.06.2020 г.).
22. Cesarelli M, Ruffo M, Romano M, Bifulco P. Simulation of foetal phonocardiographic record-ings for testing of FHR extraction algorithms // Computer Methods Programs Biomed. 2012. V. 107, № 3. P. 513–23. DOI: 10.1016/j.cmpb.2011.11.008.

Ключевые слова

фонокардиограмма, нелокальное усреднение, сегментация тонов сердца.

Скачать полный текст